【正达电路在线维修测试仪系列论文】



数字器件型号识别

——在广度上和深度上的全面性技术跨越



摘要:【正达电路在线维修测试仪系列论文】一般性的数字器件型号识别,特指识别中/小规模固定逻辑数字器件的功能型号。第三代ZD9610测试仪向前跨越了一大步,可以识别>40管脚数字器件型号。还可以通过器件动态性能,反推器件所属厂家和具体型号。


关键词:数字器件型号识别;>40管脚数字器件型号识别;动态性能;第三状态


0.前言

    1980年代末,来自新加坡的“创能”BW4040在线电路维修测试仪进入国内市场。其名称中的“在线”是指:测试时无须焊下电路板上的器件。其型号中的“4040”是指:该电路测试仪具有40路数字通道,40路VI曲线通道。具有+5V数字器件库,可以对数字器件功能测试和型号识别。

    功能测试的逆向测试就是型号识别。对一个标识不清或被人为故意涂抹掉标识的数字器件循环加送测试代码,将器件实际输出值和各种器件的理论输出值逐一比较。如果同某个理论输出值结果相符,就可以确定出器件的功能型号。可见:数字器件型号识别是通过器件逻辑关系实现的。

    电路测试仪中的器件型号识别,通常指一般性的数字器件型号识别。即:特指识别中/小规模固定逻辑(组合逻辑和时序逻辑)数字器件的型号。所谓中/小规模,是指每个芯片所包含的晶体管(BJT和FET)个数在100以内。对于电路测试仪来说,中/小规模数字器件还有一个更加通俗的特指,即:管脚数为:14pin,16pin,20pin,24pin,28pin的数字器件。见图1.


图1


    对于其它器件型号识别,正达测试仪做出了开创性贡献。1998年,第二代ZD9001测试仪首先实现通过管脚阻抗特性离线识别疑难器件型号。这项原始创新技术跳出了以逻辑关系识别器件型号这个固有思维,在国内外属于首创。在长期的维修实践中识别出大量疑难器件型号,深受用户信赖和欢迎。请详见论文《疑难器件型号识别》一文。

    第三代ZD9610电路测试仪更是向前跨越了一大步,可以识别>40管脚数字器件型号。还可以通过器件动态性能,反推器件所属厂家和具体型号。


1.一般性的数字器件型号识别

    一般性的数字器件型号识别,指电路测试仪识别管脚数为:14pin,16pin,20pin,24pin,28pin数字器件的功能型号。其优点是可以对数字器件在线型号识别。

    历经几十年的发展和积累,正达测试仪具有最全的器件库,几乎包含所有型号数字器件。每个器件功能测试程序都凝结着正达开发人员的心血。几乎囊括《器件手册》中的全部数字器件,可以对万余种型号的数字器件进行功能型号识别。


1.1在线型号识别

    以在线识别某16管脚数字器件型号为例。在线识别数字器件型号时,测试夹和被识别器件的第一脚(最左边)必须对齐,不支持测试夹自动定位功能。必须对电路板施加测试电源。见图2.


图2


    ①在“器件管脚数”项中输入被识别器件的管脚数:16.

    ②在“工作模式”处选择“在线型号识别”。一旦选择“在线型号识别”模式,测试阈值自动下降为松门限,测试频率自动下降为2kHz.这是为了保证对性能不佳器件型号识别。

    ③首先假设被识别器件属于TTL器件库。如果在TTL器件库中识别不出器件型号,应该更换器件库再次识别。见图3.


图3


    按“开始识别”按钮。对TTL器件库中所有16管数字脚器件循环逆向测试,进行型号比对。

    当前识别结果:74163.见图4.

    在线识别结果:包含所有同被识别器件逻辑功能相同的器件型号。也会包含能够同被识别器件实现相同在线逻辑功能的其它器件型号。

    由在线管脚图可见:被识别器件管脚16接+5V,管脚8接地。即使被识别数字器件存在比较复杂的自身连接,也可以完成在线型号识别。


图4


1.2离线型号识别

    ①连接离线测试板以及被识别器件放置方式等与数字器件离线功能测试完全相同。

    ②在“器件管脚数”窗口中输入被识别器件的管脚数。

    ③在“工作模式”处选择“离线型号识别”。

    ④所有的拨码开关均应关闭,离线型号识别无须施加测试电源。

    离线识别结果:包含所有同被识别器件逻辑功能相同的器件型号。

    只要支持在线型号识别,必然可以离线型号识别。离线型号识别比在线型号识别简单很多,不过多介绍。


1.3正达测试仪在一般性数字器件型号识别中的优势

    对于一般性的数字器件型号识别,正达测试仪具有巨大优势。主要表现在以下两个方面:

    ①不但可以识别+5V数字器件型号,还可以识别+3.3V数字器件型号。例如:74LVT646,74LVTH2952等。+3.3V器件库是衡量测试仪先进性的一个标志功能。

    数字器件多为+5V供电,早期某些CMOS结构数字器件还支持+12V供电,现在逐渐形成主流+3.3V供电。电压趋低是数字器件明确的发展趋势。

    ②器件库年年更新。包括:TTL74/54库,CMOS4000/4500/14000库,驱动器库,29000库,DRAM/SRAM库,8000/80000库,HD2500库,9000/90000库,3400/34000库,AMD2500库,+3.3V器件库,俄罗斯器件库,西门子器件库,淘汰器件替代库,>40管脚+5V器件库(例如:74ABTH162460,74AC16620),>40管脚+3.3V器件库(例如:74ALVCH162820,74ALB16244)等。器件型号在国内外业界最多。


2.广度识别——对大于40管脚数字器件型号识别

    >40管脚数字器件已经比较常用。对于数字器件而言,除了通过逻辑功能进行型号识别以外,目前没有其它可行的方法。

    早期电路测试仪只能对4pin,16pin,20pin,24pin,28pin等数字器件型号识别。停留在一般性数字器件型号识别的技术水平上。

    第三代ZD9610电路测试仪向前跨越了一大步,可以识别>40管脚数字器件型号。器件库包括>40管脚+5V器件库和>40管脚+3.3V器件库。管脚包括:48pin,56pin,64pin等数字器件。具有600余种常用型号。随着新型号的涌现,还在不断扩充。

    以采用第三代ZD9610测试仪离线识别某个被涂抹掉型号标识的48管脚数字器件型号为例。待识别48管脚数字器件是SSOP双列贴片封装器件,管脚中心间距0.65mm.必须使用离线测试板上的SSOP测试插座识别。

    首先将该48管脚数字器件管脚1圆点标志的一端和插座顶端对齐,并轻轻放置于离线测试板中的56pin的SSOP测试插座中。见图5.


图5


    再将56pin的SSOP测试插座的上盖扣住,卡紧器件。

    在“工作模式”处选择“离线型号识别”。一旦选择“在线型号识别”模式,测试阈值自动下降为松门限,测试频率自动下降为2kHz.这是为了保证对性能不佳器件型号识别。

    首先假设被识别器件属于>40管脚+5V器件库。如果在>40管脚+5V器件库中识别不出器件型号,再更换>40管脚+3.3V器件库继续识别。在“器件管脚数”项中输入被识别器件的管脚数:48.

    按“开始识别”按钮。对>40管脚+5V器件库中所有48管数字脚器件循环逆向测试,型号比对。

    离线识别结果:包含所用同被识别器件逻辑功能相同的器件型号。当前识别结果中共计列出10种器件功能型号。最终判断:74ABT16245.见图6.


图6


3.深度识别——通过器件第三状态推定所属厂家和具体型号


3.1什么是功能测试中的第三状态

    数字器件型号识别是通过数字器件逻辑关系进行识别,凡是符合该逻辑关系的数字器件全都被罗列出来。例如:7404,7414,7416等,都是14管脚6反相器,封装外观/管脚排列/逻辑功能全相同,识别7404时,不但能识别出7404,同时7414,7416等器件型号也会被识别出来。

    逻辑关系相同的数字器件通常不止一个。即使是不同厂家生产的同型号器件,性能上也会存在一些不同。被识别器件究竟具体属于哪个厂家或者哪种型号呢?

    对于一般性数字器件型号识别,识别出全部器件型号后,一切工作就结束了。至于说究竟是哪一个器件,需要进一步尝试和分析。这是因为早期电路测试仪测试频率很低,数字器件功能测试结果只存在两种状态:

    1.能够通过功能测试(器件基本功能正确)。

    2.不能通过功能测试(器件基本功能故障)。

    第三代ZD9610测试仪2000kHz测试频率广泛深入的应用实践表明,测试频率和数字器件工作频率之间存在密切联系。实践表明:数字器件对高频测试信号的正确响应能力与器件工作频率相对应。也就是说,数字器件的工作频率越高,速度越快,所能通过功能测试的测试频率也越高。通过大幅提高测试频率,能够测试数字器件对高频测试信号的正确响应能力,测试数字器件的动态性能。

    所以对于数字器件功能测试而言,第三代ZD9610测试仪出现了第三状态(Third state).对基本功能正确的数字器件,引入最高测试频率这个判断条件。

    第三状态是指:在某个特定测试频率之上,基本功能正确的器件无法通过功能测试,而在此测试频率及以下却能够通过功能测试的状态。

    新型正达测试仪数字器件功能测试结果的三种状态:

    1.不能通过功能测试(在某测试频率之上/器件基本功能正确)。

    2.能够通过功能测试(在某测试频率之下/器件基本功能正确)。

    3.始终不能通过功能测试(所有测试频率/器件基本功能故障)。


3.2具体厂家识别

    通过之前两个数字器件型号识别实例我们注意到:一旦选择型号识别模式,测试阈值会自动下降为松门限,测试频率自动下降为2kHz.这是为了保证对性能不佳器件型号识别。识别出器件型号后,可以按照这个型号测试一下当前器件。这时就不必选择2kHz这个如此之低的测试频率了。通过大幅度提高测试频率,可以确定究竟是哪个厂家的数字器件。

    例如:对一个双列直插封装16管脚数字器件型号识别。识别结果:4050.

    我们知道:仙童公司CD4050的工作速度要明显高于TI公司CD4050,对比第三状态,仙童公司CD4050是1000kHz,TI公司CD4050是500kHz.这提供了一个重要测试依据。请详见论文《[前沿]2000kHz测试频率在元器件检测筛选中的应用》一文。

    对比第三状态,如果识别出的这个4050第三状态出现在1000kHz以上,而非500kHz以上,必然是仙童公司出产的CD4050.

    如果识别出的4050第三状态出现在1800kHz以上会是什么厂家呢?是ST公司M74HC4050B1.


3.3具体型号识别

    再如:对一个双列直插封装16管脚数字器件型号识别。识别结果:744538,14538,4538.

    我们知道:不同型号/相同功能的数字器件也会存在动态性能差异。对比第三状态,74HC4538是1800kHz,CD14538是500kHz,这同样提供了一个重要测试依据。

    如果识别出的这个4538第三状态出现在1800kHz以上,必然是74HC4538,而不会是CD14538或者CD4538.


3.4其它

    第三状态就像是器件的内在标签一样,标定出器件的个体属性。运用第三状态这个标签,可以深度识别数字器件的准确厂家和型号。

    只有第三代ZD9610测试仪才能做到如此深入精彩的型号识别。


4.其它方式无法识别数字器件型号

    标识不清或被人为故意涂抹掉标识的器件,给电路维修和升级改造带来很大的困扰。依靠电路分析有时也可以确定器件型号,但对技术要求很高,实际效果因人而异。这些不是本文讨论的问题。

    对于电路测试仪等专用检测设备来说,除了通过逻辑关系识别数字器件型号之外,采用其它方式都无法识别数字器件的型号。

    第二代ZD9001测试仪首先实现通过管脚阻抗特性离线识别疑难器件型号。这种方法适合识别数字器件型号吗?

    以下是一个14管脚数字器件各个管脚对地的VI曲线。见图7.各个管脚VI曲线非常规整,也非常有规律。

    这个器件型号是7409.问题是型号为7474的数字器件也是这种VI曲线。许多14管脚、功能迥异的数字器件全都是这种VI曲线。这是因为数字器件各个管脚的阻抗特性多是PN结特性的反映,形成的VI曲线具有趋同特性。通过VI曲线识别数字器件型号就完全没有可能性。


图7


    疑难器件型号识别功能是对数字器件型号识别功能的有力补充,而非功能覆盖。只适合于识别模拟器件型号。

    所以,这也正是为什么第三代ZD9610测试仪还要在广度上和深度上全面研发数字器件型号识别的原因。


5.高端价值

    高端电路测试仪的价值是:做别的测试仪做不了的事。第三代ZD9610测试仪可以对>40管脚数字器件型号识别,可以通过器件第三状态,反推器件所属厂家和具体型号。这是数字器件型号识别功能在广度上和深度上的全面性技术跨越。

    这一切,也正是第三代ZD9610测试仪高端价值的具体体现。

2017年07月17日

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